CN209513101U - 一种温度计量装置检定用扫描开关及检定系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温度计量装置检定用扫描开关及利用该开关的检定系统，包括主接线端子、分接线端子，主接线端子与标准电测仪器连接，分接线端子与被检传感器、标准传感器连接，主接线端子、分接线端子通过活动扫描开关导通连接，扫描开关还设置有温度控制器、开关阵列，温度控制器与开关阵列电路连接，开关阵列与分接线端子连接，温度控制器通过固态继电器与恒温源连接，温度控制器通过分接线端子与标准传感器或被检传感器连接，将旧系统的控温回路集成到扫描开关里，去掉控温传感器，同时对恒温源可不间断实时控温，结构简化、降低成本的同时，可有效的提高整个系统测量数据的精确性。

Description

一种温度计量装置检定用扫描开关及检定系统

技术领域

本实用新型涉及温度计量设备技术领域，具体为一种温度计量装置检定用扫描开关及检定系统。

背景技术

在工业生产过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。作为温度测量用的温度计量器件，必须通过检定系统进行定期检定，温度计量器件检定系统结构一般包括电测仪器、扫描开关、恒温源、PC机组成，扫描开关一般为轮盘旋转式结构，通过旋转方式使得电测仪器与多个被检传感器一对一连接。

扫描开关是温度量值传递过程的重要部件，可以控制主通道与任意分通道的导通，以实现使用一台标准电测仪器分时采集多路信号的目的。除采用温度固定点进行温度量值传递的方法外，大量的温度量值传递过程还是通过标准与被检比对的方式实现的，即使用恒温源提供测试所需要的温度环境，将标准传感器与被检传感器一起放进恒温源，待温度恒定后计算被检传感器相对于标准传感器的偏差，从而进一步的计算出被检传感器在该温度点的修正值或者校准值。

目前传统的扫描开关仅具备单一的连接开关的作用，目前的整个检定系统构架的工作原理决定了量值传递系统内必须包括恒温源，而恒温源通常具有独立的控温传感器和温度控制器，如图2所示。

其存在的技术问题：

1.恒温源中已具有多支温度传感器了，并且也能轻易得到电测标准器输出的温度信号，通过额外的控温回路进行控温，造成资源浪费，不但增加了整套系统的购买和使用成本，现场不易操作布局，对整套系统的可靠性有不利影响。

2.温度量值传递过程的本质是得到在不同的温度设定点，被检传感器的误差值或者修正值，这就要求恒温源的控制温度与标准传感器测量的标准温度偏差应小于一定的范围，比如：在800℃时的控温偏差不超过2℃，这就对控温回路中的传感器误差和控温装置的误差提出了更高的要求。而恒温源控温回路与电测部分为独立分开的两部分，所以为了维护整个系统的正常工作，需要经常修正控温回路的误差，以使其符合量值传递的要求，增加了额外的工作量。

为了解决上述问题，某些厂家有采取了相应的改造措施，比如，去掉原有的控温回路部分（控温传感器、驱动器、温度控制器等），直接使用标准传感器及标准电测仪器提供的温度数据作为控温信号，在上位机中增加控制算法，使用上位机控制温度源的温度。如图3所示，该方式中，升温、恒温阶段均需保证扫描开关的主通道切换至标准传感器通道，从而实现测量标准传感器温度的目的。虽然不需要使用控温传感器和独立的温度控制器，节省了成本，并且控温的所需的温度值直接来自于标准温度传感器，但是该方式依然存在很大的问题，在恒温阶段后期需进行通道扫描动作，通道扫描动作是为了获得每个通道的测量结果，该过程中扫描开关需顺序扫描被检通道,每一个被检传感器的通道连通时间一般5-10s，巡检一次的过程通常要耗费1分钟以上的时间，在这段时间里，控温回路实际是开路状态的，若出现环境扰动，恒温源可能会出现一定的温度偏差，而此时电测系统内的控温依据依然在上一次扫描标准传感器的状态，势必会造成电测系统的测量误差。

实用新型内容

本实用新型就是要针对现有技术的不足，提供一种温度计量检定用扫描开关及检定系统，将旧系统的控温回路集成到扫描开关里，去掉控温传感器，同时对恒温源可不间断实时控温，结构简化、降低成本的同时，可有效的提高整个系统测量数据的精确性。

为实现上述实用新型目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种温度计量装置检定用扫描开关，它包括主接线端子、分接线端子，主接线端子与标准电测仪器连接，分接线端子与被检传感器、标准传感器连接，主接线端子、分接线端子通过活动扫描开关导通连接，扫描开关还设置有温度控制器、开关阵列，温度控制器与开关阵列电路连接，开关阵列与分接线端子连接，温度控制器通过固态继电器与恒温源连接，温度控制器通过分接线端子与标准传感器或被检传感器连接。

还包括MCU控制器，MCU控制器分别与活动扫描开关和开关阵列连接，用以控制活动扫描开关和开关阵列的状态，确保开关阵列和活动扫描开关不同时与某一分接线端子同时连接，避免出现同一分接线端子并联问题的发生。

所述的分接线端子包括与标准传感器连接的分接线端子A，与被检传感器Ⅰ连接的分接线端子Ⅰ，与被检传感器Ⅱ连接的分接线端子Ⅱ等。

所述的活动扫描开关设置有光耦传感器与MCU控制器连接，MCU根据光信号判定活动扫描开关的位置状态，判定主接线端子与分接线端子的连接状态，当主接线端子通过活动扫描开关、分接线端子A与标准传感器连接时，MCU控制器将控制开关阵列断开与分接线端子A的连接，导通与分接线端子A之外的其他分接线端子的连接继续进行恒温源的控温，比如与分接线端子Ⅰ或Ⅱ。

所述的光耦传感器设置在活动扫描开关的驱动机构上，即步进电机输出轴上，电机输出轴固定连接定位盘，定位盘均布有定位孔，定位孔附近固定设置光耦传感器，用以检测输出轴的旋转角度，进而得出该驱动输出轴旋转角度对应的活动扫描开关与某一分接线端子的连接状态。

恒温源包括恒温槽、电热装置，恒温槽通过电热装置加热控温，恒温槽内放入标准传感器和多个被检传感器，恒温源的温度通过温度控制器进行调控。

所述开关阵列为并联设置的多个继电器开关与分接线端子一一对应连接。

所述的温度控制器相比传统的检定系统构架，其控温传感器由标准传感器或被检测传感器替代，一般情况下，温度控制器大部分工作状态是开关阵列与连接标准传感器保持连接，只有活动扫描开关切换连接标准传感器时，开关阵列才断开与标准传感器的连接，然后切换连接别的被检传感器，并根据该被检传感器与标准传感器的相对物理温差，微调温度控制器的控温参考标准。在恒温源温度稳定后，通过温度控器快速巡检各传感器，可得到各传感器实际测量值的相对量，比如标准传感器测量温度为800.0℃,被检传感器Ⅰ为800.2℃，则标准传感器与被检传感器Ⅰ的相对物理温差为0.2℃，当开关阵列由标准传感器切换到被检传感器Ⅰ时，则原先的控温标准800.0℃，自动调整为800.2℃，而实际上恒温源的温度设定值依然保持在800.0℃进行实时监控。

所述的活动扫描开关为常规的转盘式开关或者是采用专利号201610001918.7的多通道扫描开关结构，通过步进电机驱动使得转盘式转轴或滑移机构动作，实现分接线端子与主接线端子的单一连接。

以转盘式活动扫描开关为例，转轴连接步进电机做为电机输出轴，步进电机的驱动电机由MCU控制器连接控制，常规的转盘式活动扫描开关包括带有触头的转盘、分接触片，分接触片圆周排布固定通过导线与分接线端子连接，转盘与主接线端子连接，转盘固定设置有触头，转盘转动，触头与相应角度的分接触片连接，

本案的转轴上固定设置定位盘，定位盘设置有均布的定位孔，光耦传感器设置在定位孔的运行轨迹上，当定位孔经过光耦传感器时，触发一次信号，MCU控制器根据光耦传感器的信号量判定转轴的旋转角度，不同的旋转角度，代表着主接线端子与不同的分接线端子的连接状态，因此通过光耦传感器MCU控制器可以确定此时活动扫描开关与分接线端子的连接状态。

一种利用上述扫描开关的温度计量装置检定系统，它包括恒温源、扫描开关、电测装置、PC机，扫描开关设置有主接线端子、分接线端子，恒温源内放置标准传感器、被检传感器，标准传感器和被检传感器分别与单独的分接线端子连接，扫描开关的主接线端子与电测装置连接，电测装置与PC机连接，扫描开关还设置有温度控制器、MCU控制器、活动扫描开关、开关阵列，活动扫描开关用以导通主接线端子与分接线端子，开关阵列与分接线端子连接，

温度控制器通过开关阵列与标准传感器、多个被检测传感器连接，MCU控制器与活动扫描开关、开关阵列、PC机连接。

所述的电测装置为常规的检定被检传感器用的标准电测仪器，可采用泰安磐然测控科技有限公司生产的型号为PR293型纳伏微欧测温仪或其他同等功能的常规电测仪器。

所述的PC机为上位机，用以监控电测装置、温度控制器、MCU控制器，并设置有显示屏显示电测装置、温度控制器的检测状态和信息，MCU控制器的作用主要用于调配开关阵列和活动扫描开关的匹配状态，避免两者并联同一分接线端子。

所述的温度控制器包括单片机、模数转换器，单片机型号可采用LPC1768或同等功能的单片机。

所述的MCU控制器为型号为LPC1768。

一种利用上述扫描开关的温度计量装置检定方法：

温度控制器通过驱动器与恒温源连接进行控温，当恒温源到达设定恒温参数后，以下以800.0℃为恒温标准进行说明，电测装置部分开始进行检定过程，电测装置用以巡检各传感器，温度控制装置用以实时监控恒温源的温度使其保持在设定的恒温参数：

步骤1：判定标准传感器与被检传感器的电学物理差，通过温度控制器切换开关阵列与分接线端子的连接状态，巡检得出标准传感器和被检传感器的测量值，比如，标准传感器测温800.0℃，被检传感器Ⅰ为800.2℃，被检传感器Ⅱ为799.7℃等，根据测量值得出被检传感器Ⅰ相对标准传感器的电学物理差为+0.2℃，被检传感器Ⅱ相对标准传感器的电学物理差为-0.3℃；

步骤2：被检传感器的巡检过程，电测装置连接主接线端子，主接线端子依次顺序单独导通连接分接线端子连接的标准传感器、被检传感器Ⅰ、被检传感器Ⅱ等，当活动扫描开关导通主接线端子和标准传感器时，开关阵列需要让开该连接通道，即活动扫描开关连接标准传感器用分接线端子A时，温度控制器的开关阵列断开与标准传感器的连接开关，导通与被检传感器Ⅰ连接的开关，此时因为温度传感器用的“控温用传感器”更换了，所以要根据之前测定的相对电学物理差进行控温参数的调整，即开关阵列与被检传感器Ⅰ连接时，温度控制器的控温参考值由800.0℃调整为800.2℃，而恒温源的控温参考值实质上并没有变化；当活动扫描开关断开与标准传感器的连接时，温度控制器的开关阵列断开与被检传感器Ⅰ的连接，导通与标准传感器的连接继续进行恒温源的控温。

在本方法过程中，电测装置、温度控制器与分接线端子的连接状态错开，为分别独立的两个连接回路，电测装置、温度控制器分别共用与分接线端子连接的标准传感器和被检传感器。

所述的驱动器为固态继电器。

相比现有的温度计量检定用扫描开关和检定系统，本实用新型的有益效果为：

1.相比传统的检定系统结构组成，去掉了成本昂贵的控温传感器及连线，将温度控制器与扫描开关集成到一起，操作布局方便；

2.相比图3所示的方式，标准传感器的测量一直保持实时连续状态，可有效确保恒温源实时监控，且可通过被检传感器替代控温传感器，可保持原控温传感器与被检测传感器的同步性，因为被检传感器以及标准传感器等都是在高温环境下进行检定，尤其是温度高于1000摄氏度自后，传感器成为耗材，通过该温控器可有效地将不标准的温度显示值超过要求幅度的被检传感器或标准传感器筛查出来；

3.本案改进原有温度量值传递系统中的扫描开关，在扫描开关中集成内置温度控制器及控温用开关阵列，该开关阵列可以将内置温度控制器的信号测量端连接至任意扫描通道，控温过程通过内置温度控制器配合该开关阵列实现，温度控制器不存在与电测通路并联的情况，在电路体现上依然分开独立的两部分，该方案即具有标准传感器控温的便捷，又避免控温开路及电测仪器并联干扰测量结果的情况的出现。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为传统的检定系统结构示意图；

图3为改进后的检定系统结构示意图；

图4为本实用新型温度控制器部分原理框图；

图5为常规转盘式活动扫描开关示意图；

图6为定位盘俯视结构示意图。

具体实施方式

如附图所示的一种温度计量装置检定用扫描开关，它包括主接线端子、分接线端子，主接线端子与标准电测仪器连接，分接线端子与被检传感器、标准传感器连接，主接线端子、分接线端子通过活动扫描开关导通连接，扫描开关还设置有温度控制器、开关阵列，温度控制器与开关阵列电路连接，开关阵列与分接线端子连接，温度控制器通过固态继电器与恒温源连接，温度控制器通过分接线端子与标准传感器或被检传感器连接。

还包括MCU控制器，MCU控制器分别与活动扫描开关和开关阵列连接，用以控制活动扫描开关和开关阵列的状态，确保开关阵列和活动扫描开关不同时与某一分接线端子同时连接，避免出现同一分接线端子并联问题的发生。

所述的分接线端子包括与标准传感器连接的分接线端子A，与被检传感器Ⅰ连接的分接线端子Ⅰ，与被检传感器Ⅱ连接的分接线端子Ⅱ等。

所述的活动扫描开关设置有光耦传感器与MCU控制器连接，MCU根据光信号判定活动扫描开关的位置状态，判定主接线端子与分接线端子的连接状态，当主接线端子通过活动扫描开关、分接线端子A与标准传感器连接时，MCU控制器将控制开关阵列断开与分接线端子A的连接，导通与分接线端子A之外的其他分接线端子的连接继续进行恒温源的控温，比如与分接线端子Ⅰ或Ⅱ。

恒温源包括恒温槽、电热装置，恒温槽通过电热装置加热控温，恒温槽内放入标准传感器和多个被检传感器，恒温源的温度通过温度控制器进行调控。

所述开关阵列为并联设置的多个继电器开关与分接线端子一一对应连接。

所述的温度控制器相比传统的检定系统构架，其控温传感器由标准传感器或被检测传感器替代，一般情况下，温度控制器大部分工作状态是开关阵列与连接标准传感器保持连接，只有活动扫描开关切换连接标准传感器时，开关阵列才断开与标准传感器的连接，然后切换连接别的被检传感器，并根据该被检传感器与标准传感器的相对物理温差，微调温度控制器的控温参考标准。在恒温源温度稳定后，通过温度控器快速巡检各传感器，可得到各传感器实际测量值的相对量，比如标准传感器测量温度为800.0℃,被检传感器Ⅰ为800.2℃，则标准传感器与被检传感器Ⅰ的相对物理温差为0.2℃，当开关阵列由标准传感器切换到被检传感器Ⅰ时，则原先的控温标准800.0℃，自动调整为800.2℃，而实际上恒温源的温度设定值依然保持在800.0℃进行实时监控。

所述的活动扫描开关为常规的转盘式开关或者是采用专利号201610001918.7的多通道扫描开关结构，通过步进电机驱动使得转盘式转轴或滑移机构动作，实现分接线端子与主接线端子的单一连接。

以转盘式活动扫描开关为例，转轴连接步进电机做为电机输出轴，步进电机的驱动电机由MCU控制器连接控制，常规的转盘式活动扫描开关包括带有触头6的转盘1、分接触片2，分接触片2圆周排布固定通过导线与分接线端子连接，转盘1与主接线端子连接，转盘1固定设置有触头6，转盘1转动，触头6与相应角度的分接触片2连接，

本案的转轴上固定设置定位盘3，转盘1及定位盘3的中心设置有轴孔7用于与转轴过盈连接，定位盘3设置有均布的定位孔4，光耦传感器5设置在定位孔4的运行轨迹上，当定位孔4经过光耦传感器5时，触发一次信号，MCU控制器根据光耦传感器的信号量判定转轴的旋转角度，不同的旋转角度，代表着主接线端子与不同的分接线端子的连接状态，因此通过光耦传感器MCU控制器可以确定此时活动扫描开关与分接线端子的连接状态。

一种利用上述扫描开关的温度计量装置检定系统，它包括恒温源、扫描开关、电测装置、PC机，扫描开关设置有主接线端子、分接线端子，恒温源内放置标准传感器、被检传感器，标准传感器和被检传感器分别与单独的分接线端子连接，扫描开关的主接线端子与电测装置连接，电测装置与PC机连接，扫描开关还设置有温度控制器、MCU控制器、活动扫描开关、开关阵列，活动扫描开关用以导通主接线端子与分接线端子，开关阵列与分接线端子连接，

温度控制器通过开关阵列与标准传感器、多个被检测传感器连接，MCU控制器与活动扫描开关、开关阵列、PC机连接。

所述的电测装置为常规的检定被检传感器用的标准电测仪器，可采用泰安磐然测控科技有限公司生产的型号为PR293型纳伏微欧测温仪或其他同等功能的常规电测仪器。

所述的PC机为上位机，用以监控电测装置、温度控制器、MCU控制器，并设置有显示屏显示电测装置、温度控制器的检测状态和信息，MCU控制器的作用主要用于调配开关阵列和活动扫描开关的匹配状态，避免两者并联同一分接线端子。

所述的温度控制器包括单片机、模数转换器，单片机型号可采用LPC1768或同等功能的单片机。

所述的MCU控制器为型号为LPC1768。

所述的驱动器为固态继电器。

本检定系统的工作过程包括恒温源升温和恒温检定两个阶段，首先是恒温源升温过程，温度控制器通过开关阵列与分接线端子Ⅰ连接，通过标准传感器检测恒温源的实时温度，温度控制器通过固态继电器与恒温源连接进行控温，当恒温源到达设定恒温参数后，以下以800.0℃为恒温标准进行说明，电测装置部分开始进行恒温检定过程；

恒温检定过程，步骤1：判定标准传感器与被检传感器的电学物理差，通过温度控制器巡检标准传感器和被检传感器，比如，标准传感器测温800.0℃，被检传感器Ⅰ为800.2℃，被检传感器Ⅱ为799.7℃等，则得出，被检传感器Ⅰ相对标准传感器的电学物理差为+0.2℃，被检传感器Ⅱ相对标准传感器的电学物理差为-0.3℃；

步骤2：被检传感器的巡检过程，主接线端子，依次顺序单独导通连接分接线端子连接的标准传感器、被检传感器Ⅰ、被检传感器Ⅱ等，当活动扫描开关导通主接线端子和标准传感器时，开关阵列需要让开该连接通道，即活动扫描开关连接标准传感器用分接线端子时，温度控制器的开关阵列断开与标准传感器的连接开关，导通与被检传感器Ⅰ连接的开关，此时因为温度传感器用的控温用传感器更换了，所以要根据之前测定的相对电学物理差进行控温参数的调整，即开关阵列与被检传感器Ⅰ连接时，控温参考值由800.0℃调整为800.2℃，而恒温源的控温参考值实质上并没有变化；当活动扫描开关断开与标准传感器的连接时，温度控制器的开关阵列断开与被检传感器Ⅰ的连接，导通与标准传感器的连接继续进行恒温源的控温。

在本方法过程中，电测装置、温度控制器与分接线端子的连接状态错开，为分别独立的两个连接回路，电测装置、温度控制器分别共用与分接线端子连接的标准传感器和被检传感器。

本实用新型的有益效果体现为：

1.本案相比传统的检定系统结构组成，去掉了成本昂贵的控温传感器及连线，将温度控制器与扫描开关集成到一起，操作布局方便；

2.相比图3所示的方式，标准传感器的测量一直保持实时连续状态，可有效确保恒温源实时监控，且可通过被检传感器替代控温传感器，保持原控温传感器与被检测传感器的同步性，因为被检传感器以及标准传感器等都是在高温环境下进行检定，尤其是温度高于1000摄氏度自后，传感器成为耗材，通过该温控器可有效地将不标准的温度显示值超过要求幅度的被检传感器或标准传感器筛查出来；

3.本案也曾经考虑过将单独的温度控制器与标准传感器连接，这样存在一个严重的缺陷在于：将标准传感器的温度信号并联温度控制器，虽然节省一支控温传感器，这种方式看上去合理，但将任何电测仪器并联至原标准电测回路，都会对原有测量数据带来额外的影响，况且绝大多数的温度控制器会输出一定的激励电流用以检测回路通断，这样会给标准温度电测测量带来更大的测量误差；

4.本案改进原有温度量值传递系统中的扫描开关，在扫描开关中集成内置温度控制器及控温用开关阵列，该开关阵列可以将内置温度控制器的信号测量端连接至任意扫描通道，控温过程通过内置温度控制器配合该开关阵列实现，温度控制器不存在与电测通路并联的情况，在电路体现上依然分开独立的两部分，该方案即具有标准传感器控温的便捷，又避免控温开路及电测仪器并联干扰测量结果的情况的出现。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进在不付出创造性劳动前提下也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种温度计量装置检定用扫描开关，其特征是，它包括主接线端子、分接线端子，主接线端子与标准电测仪器连接，分接线端子与被检传感器、标准传感器连接，主接线端子、分接线端子通过活动扫描开关导通连接，扫描开关还设置有温度控制器、开关阵列，温度控制器与开关阵列电路连接，开关阵列与分接线端子连接，温度控制器通过固态继电器与恒温源连接，温度控制器通过分接线端子与标准传感器或被检传感器连接。

2.根据权利要求1所述的温度计量装置检定用扫描开关，其特征是，还包括MCU控制器，MCU控制器分别与活动扫描开关和开关阵列连接，用以控制活动扫描开关和开关阵列的状态，确保开关阵列和活动扫描开关不同时与某一分接线端子同时连接。

3.根据权利要求1所述的温度计量装置检定用扫描开关，其特征是，所述的分接线端子包括与标准传感器连接的分接线端子A，与被检传感器Ⅰ连接的分接线端子Ⅰ，与被检传感器Ⅱ连接的分接线端子Ⅱ。

4.根据权利要求3所述的温度计量装置检定用扫描开关，其特征是，所述的活动扫描开关设置有光耦传感器与MCU控制器连接，MCU根据光信号判定活动扫描开关的位置状态，判定主接线端子与分接线端子的连接状态，当主接线端子通过活动扫描开关、分接线端子A与标准传感器连接时，MCU控制器将控制开关阵列断开与分接线端子A的连接，导通与分接线端子A之外的其他分接线端子的连接继续进行恒温源的控温。

5.根据权利要求1所述的温度计量装置检定用扫描开关，其特征是，所述的温度控制器包括单片机、模数转换器，单片机型号可采用LPC1768或同等功能的单片机。

6.一种利用上述权利要求1-5任意一项所述的扫描开关的温度计量装置检定系统，其特征在于：它包括恒温源、扫描开关、电测装置、PC机，扫描开关设置有主接线端子、分接线端子，恒温源内放置标准传感器、被检传感器，标准传感器和被检传感器分别与单独的分接线端子连接，扫描开关的主接线端子与电测装置连接，电测装置与PC机连接，扫描开关还设置有温度控制器、MCU控制器、活动扫描开关、开关阵列，活动扫描开关用以导通主接线端子与分接线端子，开关阵列与分接线端子连接，温度控制器通过开关阵列与标准传感器、多个被检测传感器连接，MCU控制器与活动扫描开关、开关阵列、PC机连接。